KR100589228B1 - Device and Method for Measuring Weight - Google Patents

Abstract

본 발명은 하중 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 하중 측정 장치는 대상물의 하중에 따라 변형되는 탄성체; 상기 변형되는 탄성체의 변위를 감지하는 변위 센서; 및 상기 변위 센서에서 출력되는 신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부; 및 상기 신호 변환부에서 출력되는 신호를 이용하여 대상물의 하중을 계산하는 하중 계산부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 생산 원가를 절감하면서도 마그네틱 하중 센서와 같이 높은 정밀도를 가지는 장점이 있다The present invention relates to a load measuring device and a method, the load measuring device according to the present invention is an elastic body that is deformed according to the load of the object; A displacement sensor detecting a displacement of the deformed elastic body; And a signal converter for amplifying the signal output from the displacement sensor and converting the signal into a digital signal. And a load calculator configured to calculate a load of an object by using the signal output from the signal converter. According to the present invention, while reducing the production cost has the advantage of having a high precision, such as a magnetic load sensor

변위, 센서, 하중, 인덕토신 Displacement, sensor, load, inductance

Description

하중 측정 장치 및 방법{Device and Method for Measuring Weight} Load measuring device and method {Device and Method for Measuring Weight}             

도 1a는 종래의 로드셀의 단면도를 도시한 도면이고, 도 1b는 종래 로드셀의 상부 평면도를 도시한 도면이며, 도 1c는 종래 로드셀의 하부 평면도를 도시한 도면.Figure 1a is a view showing a cross-sectional view of a conventional load cell, Figure 1b is a view showing a top plan view of a conventional load cell, Figure 1c is a view showing a bottom plan view of a conventional load cell.

도 2는 하중이 가해졌을 때 로드셀에 발생하는 변화를 도시한 도면.2 is a view showing a change occurring in a load cell when a load is applied.

도 3a는 스트레인 게이지의 연결 상태를 회로적으로 표시한 도면.3A is a circuit diagram showing a connection state of a strain gauge.

도 3b는 로드셀에 부착된 스트레인 게이지의 확대 단면도.3B is an enlarged cross-sectional view of a strain gauge attached to a load cell.

도 4는 종래의 마그네틱 하중 센서의 단면도를 도시한 도면.4 is a cross-sectional view of a conventional magnetic load sensor.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하중 측정 장치의 전체적인 구성을 도시한 블록도.5 is a block diagram showing the overall configuration of a load measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하중 센서의 외관에 대한 사시도.Figure 6 is a perspective view of the appearance of the load sensor according to an embodiment of the present invention.

도 7은 도 6에 도시한 하중 센서의 A-A 방향에 대한 단면도.FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the direction A-A of the load sensor shown in FIG. 6. FIG.

도 8은 도 6의 A-A선과 직교하는 방향에 대한 단면도.8 is a cross-sectional view taken along a direction perpendicular to the line A-A of FIG. 6.

도 9는 제1 보드 및 제2 보드에 형성되는 전기적인 패턴의 일례를 도시한 도면.9 illustrates an example of an electrical pattern formed on the first board and the second board.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 보드 및 제2 보드에 형성되는 전기적인 패턴의 또 다른 일례를 도시한 도면.10 is a view showing another example of the electrical pattern formed on the first board and the second board according to another embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하중 센서의 단면도.11 is a cross-sectional view of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 12는 도 11의 실시예에 따른 제1 보드 및 제2 보드에 형성되는 패턴을 도시한 도면.FIG. 12 illustrates patterns formed on the first board and the second board according to the embodiment of FIG. 11;

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도.13 is a perspective view showing the appearance of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 14는 도 13의 하중 센서의 B-B 방향에 대한 단면도.14 is a cross-sectional view taken along the B-B direction of the load sensor of FIG. 13.

도 15는 도 13의 B-B 방향과 직교하는 방향에 대한 단면도.FIG. 15 is a cross-sectional view of a direction perpendicular to the direction B-B in FIG. 13. FIG.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도.16 is a perspective view showing the appearance of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 17은 도 16의 하중 센서의 C-C 방향에 대한 단면도.FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the C-C direction of the load sensor of FIG. 16. FIG.

도 18은 도 16의 C-C 방향과 직교하는 방향에 대한 단면도.FIG. 18 is a sectional view of a direction perpendicular to the C-C direction of FIG. 16. FIG.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도.19 is a perspective view showing the appearance of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 20은 도 19의 하중 센서의 D-D 방향에 대한 단면도. 20 is a cross-sectional view taken along the D-D direction of the load sensor of FIG. 19.

도 21은 도 19의 D-D방향과 직교하는 방향에 대한 단면도. FIG. 21 is a sectional view of a direction orthogonal to the D-D direction in FIG. 19. FIG.

도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도.22 is a perspective view showing the appearance of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 23은 도 22의 하중 센서의 E-E 방향에 대한 단면도. FIG. 23 is a sectional view taken along the E-E direction of the load sensor of FIG. 22; FIG.

도 24는 도 22의 E-E방향과 직교하는 방향에 대한 단면도. FIG. 24 is a sectional view of a direction orthogonal to the E-E direction in FIG. 22; FIG.

도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도.25 is a perspective view showing the appearance of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 26은 도 25의 하중 센서의 F-F 방향에 대한 단면도.FIG. 26 is a sectional view taken along the F-F direction of the load sensor of FIG. 25; FIG.

도 27는 도 25의 F-F방향과 직교하는 방향에 대한 단면도.FIG. 27 is a sectional view of a direction orthogonal to the F-F direction in FIG. 25; FIG.

도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도. 28 is a perspective view showing the appearance of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 29는 도 28의 하중 센서의 G-G 방향에 대한 단면도. FIG. 29 is a sectional view taken along the G-G direction of the load sensor of FIG. 28; FIG.

도 30은 도 28의 G-G방향과 직교하는 방향에 대한 단면도.30 is a cross-sectional view of a direction perpendicular to the G-G direction of FIG. 28.

도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도.31 is a perspective view showing the appearance of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 32는 도 31의 하중 센서의 H-H 방향에 대한 단면도.FIG. 32 is a sectional view taken along the H-H direction of the load sensor of FIG. 31; FIG.

도 33은 도 31의 H-H방향과 직교하는 방향에 대한 단면도.FIG. 33 is a cross sectional view taken along a direction perpendicular to the H-H direction in FIG. 31; FIG.

도 34는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도.34 is a perspective view showing the appearance of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 35는 도 34의 하중 센서의 I-I 방향에 대한 단면도.FIG. 35 is a sectional view taken along the direction I-I of the load sensor of FIG. 34; FIG.

도 36은 도 34의 I-I방향과 직교하는 방향에 대한 단면도.36 is a cross sectional view taken along a direction perpendicular to the direction I-I shown in FIG. 34;

도 37은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 변환부 및 하중 계산부의 구성을 도시한 블록도.37 is a block diagram showing a configuration of a signal converter and a load calculator according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 38은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하중 측정 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도.38 is a flow chart showing the overall flow of the load measuring method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 하중 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하중에 의해 변형되는 탄성체의 변위를 감지하여 하중을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a load measuring device and a method, and more particularly to a device and a method for measuring the load by detecting the displacement of the elastic body deformed by the load.

종래에 있어서, 전자 저울 및 계측기 등과 같이 하중을 측정하는 하중 센서로는 일반적으로 로드셀이나 마그네틱 하중 센서가 이용되었다. In the related art, a load cell or a magnetic load sensor is generally used as a load sensor for measuring a load such as an electronic scale and a measuring instrument.

도 1a는 종래의 로드셀의 단면도를 도시한 도면이고, 도 1b는 종래 로드셀의 상부 평면도를 도시한 도면이며, 도 1c는 종래 로드셀의 하부 평면도를 도시한 도면이다. Figure 1a is a view showing a cross-sectional view of a conventional load cell, Figure 1b is a view showing a top plan view of a conventional load cell, Figure 1c is a view showing a bottom plan view of a conventional load cell.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 로드셀은 탄성체로 이루어지며, 로드셀의 상하부에는 고분자 본드를 이용하여 부착된 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16)가 구비되어 있다. 1A to 1C, the load cell is made of an elastic body, and upper and lower portions of the load cell are provided with strain gauges 10, 12, 14, and 16 attached using a polymer bond.

스트레인 게이지(10, 12, 14, 16)는 전기적으로 연결되어 있으며, 하중이 가해질 경우 탄성체의 변형에 상응하여 변형된다. Strain gauges 10, 12, 14, 16 are electrically connected and deform in correspondence to deformation of the elastic body when a load is applied.

도 2는 하중이 가해졌을 때 로드셀에 발생하는 변화를 도시한 도면이다. 2 is a view showing a change occurring in the load cell when a load is applied.

도 2에 도시된 바와 같이, 하중이 가해질 경우, 탄성체는 변형을 일으키게 되고, 이에 따라 로드셀에 부착된 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16) 역시 변형을 일으킨다. As shown in FIG. 2, when a load is applied, the elastic body causes deformation, and thus the strain gauges 10, 12, 14, 16 attached to the load cell also cause deformation.

도 3a는 스트레인 게이지의 연결 상태를 회로적으로 표시한 도면이다. 3A is a circuit diagram showing a state of connection of a strain gauge.

도 3a에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지 회로가 되도록 연결이 되어 있으며, 초기 상태에서는 출력 값이 0이 되도록 설정되어 있다. 스트레인 게이지는 회로에서 저항 성분(10, 12, 14, 16)으로 작용한다. As shown in FIG. 3A, the strain gauge is connected to be a Wheatstone bridge circuit, and is set to have an output value of zero in an initial state. Strain gages act as resistive components 10, 12, 14, 16 in the circuit.

하중이 가해지면, 로드셀에 부착된 스트레인 게이지는 팽창 또는 수축하게 된다. 저항은 도선의 단면적 및 길이에 대한 함수이므로, 스트레인 게이지가 팽창 또는 수축함에 따라 저항값에 변화가 생기며, 이는 휘트스톤 브리지 회로의 평형 상태를 깨뜨리게 된다. 따라서, 도 3a의 휘트스톤 브리지 회로에는 출력값이 발생하게 되며, 로드셀은 하중이 가해질 때 발생하는 전기적인 신호의 양을 측정하여 하중을 측정한다. 즉, 로드셀은 탄성체의 변형 시 단위 길이당 변위인 변형률을 측정하여 하중을 측정하는 원리를 사용하는 것이다. When a load is applied, the strain gauge attached to the load cell will expand or contract. Since the resistance is a function of the cross-sectional area and length of the wire, the resistance value changes as the strain gauge expands or contracts, which breaks the equilibrium state of the Wheatstone bridge circuit. Therefore, an output value is generated in the Wheatstone bridge circuit of FIG. 3A, and the load cell measures a load by measuring an amount of an electrical signal generated when a load is applied. That is, the load cell uses the principle of measuring the load by measuring the strain, which is the displacement per unit length during deformation of the elastic body.

도 3b는 로드셀에 부착된 스트레인 게이지의 확대 단면도이다. 3B is an enlarged cross-sectional view of a strain gauge attached to a load cell.

도 3b에 도시된 바와 같이, 로드셀(30)의 상부에는 본드층(32)이 형성되고 그 상부에 고분자 층(34)이 형성된다. 고분자 층은 페놀 또는 폴리아미드 등의 고분자 물질로 구현된다. 고분자 층의 상부에는 저항층(36)이 적층되며, 탄성체의 변형에 따라 저항층의 저항값은 변화된다. 저항층(36)의 상부에는 고분자 필름(38)이 적층되며, 고분자 필름(38)은 저항층으로 습기나 먼지 등이 침투하는 것을 방지하는 기능을 한다. As shown in FIG. 3B, the bond layer 32 is formed on the load cell 30, and the polymer layer 34 is formed on the load cell 30. The polymeric layer is implemented with a polymeric material such as phenol or polyamide. The resistance layer 36 is stacked on the polymer layer, and the resistance value of the resistance layer changes according to the deformation of the elastic body. The polymer film 38 is stacked on the upper portion of the resistance layer 36, and the polymer film 38 functions to prevent moisture or dust from penetrating into the resistance layer.

이와 같은 로드셀은 통상적으로 1/3,000 정도의 정밀도를 가지고 있다. 로드셀은 다양하면서도 단순한 구조물의 설계를 통해 저 원가를 달성함은 물론 다양한 용도로의 활용이 가능하나, 높은 정밀도가 요구되는 하중 센서로는 적용이 곤란하다. 고집적화, 초소형화가 급속히 진행되는 현 산업의 추세에서는 더욱 더 높은 정밀도를 요구하는 경우가 빈번하게 발생하고 있다. 실제로 1/100,000, 1/500,000, 1/1,000,000, 1/5,000,000 이상의 정밀도를 요구하는 경우가 많으며, 마그네틱 하중 센서를 이용하여 상기의 높은 정밀도를 구현하는 제품이 상당히 많이 제작, 사용되고 있는 실정이다. 로드셀이 높은 정밀도를 가지지 못하는 이유는 다음과 같다.Such a load cell typically has a precision of about 1 / 3,000. The load cell can achieve low cost through various simple design of the structure and can be used for various purposes, but it is difficult to apply as a load sensor that requires high precision. In the current industrial trend of high integration and miniaturization, more and more precision is frequently required. In fact, 1 / 100,000, 1 / 500,000, 1 / 1,000,000, 1 / 5,000,000 or more are often required, and a lot of products that realize the above high precision using magnetic load sensors are manufactured and used. The reason why the load cell does not have high precision is as follows.

첫째, 탄성체에 하중이 가해지면 그 탄성체가 변형을 일으키며, 이때 생긴 구조물의 변형율이 왜곡됨이 없이 스트레인 게이지에 전달되어야 하는데, 스트레인 게이지를 부착한 물질인 본드(Bond)가 상기 탄성체의 변형율을 왜곡시켜서 스트레인 게이지에 전달한다. 스트레인 게이지의 부착에 사용되는 본드는 고분자 물질로서 불균질한 비정질(Amorphous) 조직 구조를 가지고 있으므로 기계적 특성이 균일하지 못하며, 기계적 특성을 예측하기가 곤란한 특성을 가지고 있다. 또한 제작 공정상에서도 구조물과 스트레인 게이지 사이의 본드층을 균일한 두께로 만들기가 곤란하고, 본드를 굳히는 과정에서도 균일한 특성을 만들기 곤란하며, 본드층을 확대해 보면 그 안에 많은 기포들이 있으며, 이 기포들 또한 본드층의 기계적 특성을 저하시키고 있다.First, when a load is applied to the elastic body, the elastic body deforms, and the resulting strain must be transmitted to the strain gauge without being distorted. Pass it to the strain gauge. The bond used for the attachment of the strain gauge is a polymer material, and has a heterogeneous amorphous structure, so that the mechanical properties are not uniform and the mechanical properties are difficult to predict. In addition, it is difficult to make the bond layer between the structure and the strain gauge to a uniform thickness in the manufacturing process, and it is difficult to make a uniform characteristic even in the process of hardening the bond, and when expanding the bond layer, there are many bubbles therein. Also, the mechanical properties of the bond layer are deteriorated.

둘째, 스트레인 게이지 자체에 높은 정밀도를 구현하기 곤란한 문제가 있다. 첫번째 이유와 유사하게 스트레인 게이지의 저항 물질 밑에는 페놀이나 폴리아미드 등의 고분자 층이 구비되며, 구조물의 변형을 스트레인 게이지의 저항 물질에 전달 함에 있어서 왜곡 현상 등으로 인한 불균일함이 있으며, 저항 물질 위에는 습기 침투를 방지하는 고분자 필름이 덮여 있어서 이 또한 저항 물질의 연신 작용-늘어나거나 줄어드는 작용-을 방해하고 있다. 상기한 페놀이나 폴리아미드, 습기 침투를 방지하기 위한 고분자 필름 모두가 비정질(Amorphous) 조직 구조를 가지고 있다. 스트레인 게이지에서 가장 중요한 저항 물질은 가느다란 선의 형태인 그리드로 구현되어 있으나 그 단면 형상이 그리드 전체에 대해 균일하지 못하여 구조물의 변형에 따라 균일한 연신 작용을 하지 못함으로서 그에 따라 변화하는 전기적 신호-인가한 전압에 따른 출력 전압-가 균일하지 못한 결과를 초래한다. 이 균일하지 못한 전기적 신호는 로드셀(Load Cell)의 정밀도가 충분히 높지 못하다는 것을 의미한다.Second, there is a problem that it is difficult to implement high precision in the strain gauge itself. Similar to the first reason, there is a polymer layer such as phenol or polyamide under the resistance material of the strain gauge, and there is a nonuniformity due to distortion in transferring the structure deformation to the resistance material of the strain gauge. The polymer film, which prevents moisture penetration, is covered, which also hinders the stretching action of the resistive material-stretching or shrinking. All of the above phenols, polyamides, and polymer films for preventing moisture penetration have an amorphous structure. The most important resistance material in the strain gauge is realized by the grid in the form of a thin line, but its cross-sectional shape is not uniform for the entire grid, and thus it is not uniformly stretched according to the deformation of the structure. The output voltage with respect to one voltage results in an uneven result. This uneven electrical signal means that the accuracy of the load cell is not high enough.

상기와 같은 이유들로 인해 로드셀은 높은 정밀도가 요구되는 하중 센서로는 적용이 곤란하다는 문제점을 갖고 있다. 보다 높은 정밀도를 가지는 로드셀의 연구가 계속 이루어지고 있기는 하나, 이 역시 1/12,000 정도의 정밀도를 구현하는데 그치고 있다.Due to the above reasons, the load cell has a problem in that it is difficult to apply a load sensor that requires high precision. Although research on load cells with higher precision continues to be made, this has also only achieved a precision of about 1 / 12,000.

도 4는 종래의 마그네틱 하중 센서의 단면도를 도시한 도면이다. 마그네틱 하중 센서는 지렛대 원리를 이용한 하중 센서이다. 4 is a cross-sectional view of a conventional magnetic load sensor. Magnetic load sensors are load sensors using the lever principle.

도 4를 참조하여 마그네틱 하중 센서의 원리를 설명하면 다음과 같다. The principle of the magnetic load sensor will be described with reference to FIG. 4.

하중이 측정될 대상물은 마그네틱 하중 센서의 접시(40)에 놓여진다. 대상물이 접시(40)에 놓여지면, 대상물의 하중에 의해 접시(40)는 아래 방향으로 힘을 받으며, 이 힘은 저울대(42)로 전달된다. 저울대의 한쪽 편에는 광을 수신하는 수광 부(44)가 구비되어 있으며, 저울대(42)에 힘이 전달되면, 저울대(42)의 움직임에 의해 수광부에서 수신하는 광량에 변화가 생긴다. 수광부(44)에서 수신하는 광량에는 상·하한의 경계가 설정되어 있으며, 저울대(42)에 하중으로 인한 힘이 전달될 경우, 수광부의 광량이 상한 경계에 도달하게 되며, 이때 수신하는 광량이 원상태가 되도록 코일(46)에 전류를 발생시킨다. 코일(46)에 전류가 흐르게 되면 자력이 발생하고, 발생한 자력은 자석(48)과의 상호작용에 의해 저울대를 아래 방향으로 이동시킨다. 저울대가 아래 방향으로 이동되면, 수신하는 광량이 하한 경계에 도달하게 되며, 이때 전류의 발생을 중지시킨다. 이와 같은 과정은 계속적으로 반복되며, 따라서, 수광부에서 수신하는 광량은 상·하한의 경계를 계속 반복하게 된다. 이때 부가된 하중이 클 경우, 빠른 시간으로 상·하한의 경계를 반복할 것이며, 부가된 하중이 작을 경우 상대적으로 늦은 시간으로 상·하한의 경계를 반복하게 된다. 즉, 마그네틱 하중 센서는 상·하한의 경계를 반복하는 주기에 의해 하중을 측정하는 것이다. The object on which the load is to be measured is placed in the dish 40 of the magnetic load sensor. When the object is placed on the plate 40, the plate 40 is forced downward by the load of the object, and this force is transmitted to the balance table 42. One side of the weighing stand is provided with a light receiving part 44 for receiving light. When a force is transmitted to the weighing stand 42, a change occurs in the amount of light received by the light receiving part by the movement of the weighing stand 42. The upper and lower boundary is set to the amount of light received by the light receiving unit 44. When the force due to the load is transmitted to the balance table 42, the amount of light of the light receiving unit reaches the upper limit, and the amount of light received is at its original state. Current is generated in the coil 46 so as to be. When a current flows in the coil 46, a magnetic force is generated, and the generated magnetic force moves the balance bar downward by the interaction with the magnet 48. When the balance bar is moved downward, the amount of light received reaches the lower boundary, and the generation of current is stopped. This process is repeated continuously, and therefore, the amount of light received by the light receiving unit repeats the boundary between the upper and lower limits. At this time, if the added load is large, the boundary between the upper and lower limits will be repeated at a fast time, and if the added load is small, the upper and lower boundary will be repeated at a relatively late time. That is, a magnetic load sensor measures a load by the period which repeats the boundary of an upper limit and a lower limit.

대상물에 의해 하중이 가해질 때, 저울대는 수직방향으로만 움직이는 것이 아니라 수평 방향의 움직임 역시 가지게 된다. 따라서, 가해진 하중이 모두 저울대의 움직임으로 변환되지 않을 수 있으므로, 저울대가 수직 방향으로만의 움직임을 갖도록 패럴렐 가이드(50)가 구비된다. 패럴렐 가이드(50)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 많은 힌지(Hinge) 구조를 포함하고 있다. When a load is applied by an object, the scale will not only move vertically but also horizontally. Therefore, since the applied loads may not all be converted to the movement of the balance bar, the parallel guide 50 is provided so that the balance pole has only the movement in the vertical direction. The parallel guide 50, as shown in Figure 4, includes a number of hinge (Hinge) structure.

전자회로(52)는 상·하한 경계를 반복하는 주기를 이용하여 대상물의 하중을 계산하며, 계산된 하중은 표시판(54)에 디스플레이된다. The electronic circuit 52 calculates the load of the object using a cycle of repeating the upper and lower boundary, and the calculated load is displayed on the display panel 54.

이상과 같은 마그네틱 하중 센서는 로드셀에 비하여 높은 정밀도를 구현하고 있다. 통상적으로 1/100,000 이상 1/1,000,000, 1/5,000,000 이상의 정밀도가 구현됨으로서 실제로 높은 정밀도를 요구하는 경우에 많이 제작, 사용되고 있는 실정이다. 그러나, 높은 정밀도를 구현하기 위하여 다음과 같이 많은 문제점이 발생하였다. The magnetic load sensor as described above implements higher precision than the load cell. In general, since 1 / 100,000 or more, 1 / 1,000,000 or 1 / 5,000,000 or more precision is implemented, many cases are actually manufactured and used when high precision is required. However, in order to implement high precision, many problems have occurred as follows.

첫째, 마그네틱 하중 센서는 로드셀에 비하여 상당히 높은 원가를 형성하고 있다. 마그네틱 하중 센서는 지렛대 원리를 이용하여 하중을 전달하다 보니 힘이 수직 방향으로 직선적으로 전달되지 못하여, 패럴렐 가이드 등의 이를 보정하는 수단을 필요로 한다. 이로 인해 마그네틱 하중 센서의 동작 메커니즘은 대단히 복잡하며, 따라서, 로드셀에 비하여 상당히 높은 원가를 필요로 하게 되는 것이다. First, magnetic load sensors generate considerably higher costs than load cells. Since the magnetic load sensor transmits the load using the lever principle, the force cannot be transmitted linearly in the vertical direction, and thus a means for correcting the parallel guide is required. As a result, the operating mechanism of the magnetic load sensor is very complicated, and thus requires a considerably higher cost than the load cell.

둘째, 상기의 복잡한 메커니즘에는 많은 힌지(Hinge)-두께가 약 0.1mm 정도임-가 필요하다. 그런데 이 힌지의 두께가 너무 얇아서 무거운 하중이나, 외부의 충격에 대단히 취약한 특성을 지니고 있다. 실제로 사용되는 예를 보면 통상 6kg 이내의 하중에서 사용되고 있으며, 특별한 경우 수십 킬로그램 정도의 하중에 견디는 경우가 있을 뿐이다. 또한 제품의 운송이나 이동, 취급 시 취급자의 많은 주의가 필요하다. 그렇지 못하면 운송이나 취급 도중에 센서(Sensor) 자체가 파손되는 경우가 빈번히 발생하고 있다.Second, the above complex mechanism requires many hinges (about 0.1 mm thick). However, the hinge is so thin that it is extremely vulnerable to heavy loads and external shocks. In practice, it is usually used under a load of less than 6kg, and in some cases it can only withstand loads of several tens of kilograms. In addition, much care must be taken by the operator when transporting, moving or handling the product. Otherwise, the sensor itself is frequently damaged during transportation or handling.

셋째, 센서의 크기가 한정적이어서 소형화가 곤란한 문제점이 있다. 실제 사용되는 마그네틱 하중 센서의 크기는 약 100mmW x 100mmD x 50mmH 정도의 크기이며, 더 작게 만드는 것이 대단히 곤란하다. 그 이유는 상기에서 기술하였듯이 복잡 한 메커니즘으로 구성되어 있기 때문이다. 산업이 급속히 발전하면서 고집적화, 소형화는 모든 제품이나 기술에 대단히 중요하면서도 필히 이루어져야 하는 과제이다. 그러나 마그네틱 하중 센서는 이러한 과제를 달성하기에는 상대적으로 크기가 큰 문제점을 안고 있다.Third, there is a problem in that the miniaturization is difficult because the size of the sensor is limited. The actual magnetic load sensor used is about 100mmW x 100mmD x 50mmH, and it is very difficult to make it smaller. The reason is that it is composed of a complicated mechanism as described above. As the industry develops rapidly, high integration and miniaturization are very important and must be done for every product or technology. Magnetic load sensors, however, present a relatively large problem to accomplish this task.

넷째, 마그네틱 하중 센서는 복잡한 메카니즘, 큰 하중이나 충격에 대한 취약점, 크기를 다양하면서도 작게 할 수 없는 점등의 이유로 다양한 산업 분야에서의 적용이 어려운 문제점이 있다. 실제 산업 현장에서는 하중 센서가 단순한 저울용 뿐만 아니라, 무거운 호퍼(Hopper) 등의 계량 및 자동 설비 장치에의 적용, 극히 소형화 되어 있는 제품에의 적용 등 다양한 용도로 사용되고 있고, 또한 많은 수요가 있는 실정이다. 그러나 마그네틱 하중 센서는 높은 정밀도를 갖는 장점이 있음에도 불구하고 상기한 많은 문제점들로 인하여 한정된 영역에서만 적용되어 사용되고 있는 실정이다.Fourth, the magnetic load sensor has a problem that it is difficult to apply in a variety of industries because of the complex mechanism, the weakness of a large load or impact, the lighting can not vary in size and small. In practice, load sensors are used not only for simple scales, but also for various purposes such as application to weighing and automatic equipment such as heavy hoppers, and to extremely compact products. to be. However, although the magnetic load sensor has an advantage of having a high precision, it is used in a limited area due to many problems described above.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 마그네틱 하중 센서와 같이 높은 정밀도를 가지면서 낮은 원가로 제작될 수 있는 하중 측정 장치 및 방법을 제안하는 것이다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes a load measuring apparatus and method which can be manufactured at low cost with high precision, such as a magnetic load sensor.

본 발명의 다른 목적은 탄성체의 변위를 측정하는 변위 센서를 이용하여 하중을 측정하는 장치 및 방법을 제안하는 것이다. Another object of the present invention is to propose an apparatus and method for measuring a load by using a displacement sensor for measuring displacement of an elastic body.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 정밀도를 가지면서, 저하중에서부터 고하중 까지 모두 적용이 가능한 하중 측정 장치 및 방법을 제안하는 것이다. It is still another object of the present invention to propose a load measuring apparatus and method which can be applied from low load to high load with high precision.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 정밀도를 가지면서, 비교적 단순한 메카니즘으로 구현될 수 있으며, 소형화에 적합한 하중 측정 장치 및 방법을 제안하는 것이다.
Another object of the present invention is to propose a load measuring apparatus and method which can be implemented with a relatively simple mechanism with high precision and is suitable for miniaturization.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 대상물의 하중에 따라 변형되는 탄성체; 상기 변형되는 탄성체의 변위를 감지하는 변위 센서; 및 상기 변위 센서에서 출력되는 신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부; 및 상기 신호 변환부에서 출력되는 신호를 이용하여 대상물의 하중을 계산하는 하중 계산부를 포함하는 하중 측정 장치가 제공된다. In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, an elastic body that is deformed according to the load of the object; A displacement sensor detecting a displacement of the deformed elastic body; And a signal converter for amplifying the signal output from the displacement sensor and converting the signal into a digital signal. And a load calculator configured to calculate a load of an object using a signal output from the signal converter.

상기 탄성체의 중앙에는 중암임을 알리는 돌출부 또는 표시자가 형성될 수 있다. At the center of the elastic body may be formed a protrusion or indicator indicating that the cancer.

상기 변위 센서는 인덕토신, LVDT, 과전류 변위계, 콘덴서 변위계, 자기 격자 센서, 레이저 센서, 마이크로파 레이더, 플로그래피, 이미지 센서, 지각 변형계, 자기 저항 소자, 반도체 자기 저항 소자, 마그네트론, 열전자 빔관, 자기 다이오드, 광응용 센서, 광 파이버 변위 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. The displacement sensor may be an inductor, LVDT, overcurrent displacement meter, capacitor displacement meter, magnetic grating sensor, laser sensor, microwave radar, chromatography, image sensor, perceptual strain gauge, magnetoresistive element, semiconductor magnetoresistive element, magnetron, thermo electron beam tube, magnetic It may include any one selected from the group consisting of a diode, an optical application sensor, and an optical fiber displacement sensor.

상기 변위 센서는 인덕토신을 포함하며, 상기 탄성체의 변위에 따라 변화되는 유도 전류를 통해 탄성체의 변위를 감지할 수 있다. The displacement sensor may include an inductor, and may detect the displacement of the elastic body through an induced current that changes according to the displacement of the elastic body.

상기 변위 센서는, 고정되어 있으며 전기적인 패턴이 형성되어 있는 제1 보드; 상기 탄성체의 하부에 결합되어 있으며, 전기적인 패턴이 형성되어 있는 제2 보드를 포함하고, 상기 탄성체의 변위에 상응하여 상기 제2 보드가 이동하며, 상기 제2 보드의 이동에 따라 상기 제1 보드 또는 상기 제2 보드 중 어느 하나의 유도 전류에 변화가 발생할 수 있다. The displacement sensor may include: a first board fixed and having an electrical pattern formed thereon; A second board coupled to a lower portion of the elastic body and having an electrical pattern formed thereon, wherein the second board moves according to the displacement of the elastic body, and the first board moves according to the movement of the second board. Alternatively, a change may occur in the induced current of any one of the second boards.

상기 제2 보드가 이동함에 따라, 상기 제2 보드에 형성된 패턴과 상기 제1 보드에 형성된 패턴은 가로 방향으로 엇갈리며, 이에 따라 유도 전류의 변화가 발생할 수 있다. As the second board moves, the pattern formed on the second board and the pattern formed on the first board are alternated in a horizontal direction, and thus a change in induced current may occur.

상기 제2 보드가 이동함에 따라, 상기 제2 보드에 형성된 패턴과 상기 제1 보드에 형성된 패턴은 세로 방향으로 엇갈리며, 이에 따라 유도 전류의 변화가 발생할 수 있다. As the second board moves, the pattern formed on the second board and the pattern formed on the first board are staggered in the vertical direction, and thus a change in induced current may occur.

상기 제2 보드는 상기 탄성체의 중앙 하부에 결합될 수 있다. 상기 제1 보드 및 상기 제2 보드는 PCB 공법에 의해 제작될 수 있으며, 이와 다르게 스퍼터링(박막증착 공법) 공법에 의해 제작될 수도 있다. The second board may be coupled to the center lower portion of the elastic body. The first board and the second board may be manufactured by a PCB method, or alternatively, may be manufactured by a sputtering (thin film deposition method) method.

상기 인덕토신은 전자기 유도식 인덕토신 또는 정전 용량식 인덕토신 중 선택된 어느 하나일 수 있다. The inductor may be any one selected from electromagnetic induction toxin or capacitive inductance.

상기 하중 측정 장치는 원통 형태 또는 다면체의 형태이며, 상기 탄성체가 변형할 수 있도록 내부에 중공부가 형성될 수 있다. The load measuring device may have a cylindrical shape or a polyhedron shape, and a hollow part may be formed therein so that the elastic body may be deformed.

상기 탄성체가 가해지는 하중에 민감하게 반응할 수 있도록, 상기 탄성체의 상하부에는 적어도 하나의 변형홈이 형성될 수 있다. At least one deformation groove may be formed in upper and lower portions of the elastic body so as to react sensitively to the load applied to the elastic body.

상기 탄성체가 가해지는 하중에 민감하게 반응할 수 있도록, 상기 탄성체에는 적어도 하나의 홀이 형성될 수 있다. At least one hole may be formed in the elastic body so as to react sensitively to the load applied to the elastic body.

상기 신호 변환부는, 상기 제1 보드 또는 상기 제2 보드 중 어느 하나에서 발생되는 유도 전류를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기에서 출력되는 신호를 DC 신호로 변환하는 AC/DC 신호 컨버터; 상기 AC/DC 시그널 컨버터에서 출력되는 신호에서 유효한 성분을 추출하기 위해 액티브 필터; 상기 액티브 필터에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다. The signal converter may include an amplifier for amplifying an induced current generated from any one of the first board and the second board; An AC / DC signal converter converting the signal output from the amplifier into a DC signal; An active filter to extract valid components from a signal output from the AC / DC signal converter; It may include an A / D converter for converting the signal output from the active filter into a digital signal.

상기 하중 계산부는 마이크로 프로세서를 포함하며, 미리 설정된 알고리즘에 따라 상기 신호 변환부에서 출력되는 신호를 이용하여 하중을 계산할 수 있다. The load calculator includes a microprocessor and may calculate a load using a signal output from the signal converter according to a preset algorithm.

한편 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 탄성체의 상부에 하중을 인가하는 단계; 변위 센서를 이용하여, 하중에 상응하여 변형되는 상기 탄성체의 변위를 감지하는 단계; 상기 감지된 변위에 상응하는 감지 신호를 출력하는 단계; 상기 감지 신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 디지털 신호를 마이크로 프로세서에 입력하여 미리 설정된 알고리즘에 따라 가해진 하중을 계산하는 단계를 포함하는 하중 측정 방법이 제공된다. Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, applying a load to the upper portion of the elastic body; Using a displacement sensor, detecting a displacement of the elastic body deformed in response to a load; Outputting a sensing signal corresponding to the sensed displacement; Amplifying and converting the sensed signal into a digital signal; And calculating the load applied according to a preset algorithm by inputting the converted digital signal to a microprocessor.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하중 측정 장치를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the load measuring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하중 측정 장치의 전체적인 구성을 도시한 블록도이다. Figure 5 is a block diagram showing the overall configuration of a load measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하중 측정 장치는 하중 센서(500), 신호 변환부(502), 하중 계산부(504) 및 디스플레이부(506)를 포함할 수 있으며, 하중 센서(500)는 탄성체(508) 및 변위 센서(510)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 5, a load measuring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include a load sensor 500, a signal converter 502, a load calculator 504, and a display 506. The load sensor 500 may include an elastic body 508 and a displacement sensor 510.

도 5에서, 하중 센서(500)는 하중을 측정하려는 대상물을 올려놓을 경우, 상기 대상물의 하중에 따라 변형되는 탄성체(508)의 변위를 측정하여 대상물의 하중을 감지한다. In FIG. 5, the load sensor 500 detects a load of an object by measuring a displacement of the elastic body 508 that is deformed according to the load of the object when the object to be loaded is placed thereon.

종래의 로드셀의 경우, 탄성체의 변형률을 이용하여 대상물의 하중을 측정하였고, 마그네틱 하중 센서의 경우 대상물을 올려놓았을 때 저울대에 가해지는 힘을 이용하여 대상물의 하중을 측정하였으나, 본 발명에서는 탄성체의 변위를 이용하여 하중을 측정하도록 한다. In the conventional load cell, the load of the object was measured using the strain of the elastic body, and in the case of the magnetic load sensor, the load of the object was measured using the force applied to the balance bar when the object was placed. Measure the load using the displacement.

하중 센서(500)에 구비된 변위 센서(510)는 대상물에 따라 변형하는 탄성체(508)의 변위를 감지하고, 감지 신호를 출력하여 신호 변환부(502)에 제공한다. The displacement sensor 510 included in the load sensor 500 detects a displacement of the elastic body 508 deformed according to an object, and outputs a detection signal to the signal converter 502.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 변위 센서(510)는 탄성체(508)와 물리적으로 접촉하지 않은 상태에서 탄성체(508)의 변위를 감지한다. 물리적으로 접촉하지 않은 상태에서 변위를 감지하므로, 탄성체의 변위가 왜곡되지 않으면서 변위를 감지할 수 있어 접촉된 상태에서 탄성체의 변형률을 감지하는 로드셀의 경우보다 정확한 정밀도를 가지고 하중을 감지할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the displacement sensor 510 detects the displacement of the elastic body 508 in a state of not being in physical contact with the elastic body 508. Since the displacement is detected without physical contact, the displacement can be detected without distorting the elastic body, so that the load can be detected with more accurate accuracy than the load cell that detects the strain of the elastic body in contact. .

그러나, 접촉된 상태에서 탄성체의 변위를 감지할 수도 있다는 것은 당업자 에게 있어 자명할 것이다. However, it will be apparent to those skilled in the art that the displacement of the elastic body in the contacted state may also be detected.

변위 센서(510)는 변위를 감지하는 모든 소자를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 인덕토신(Inductosyn), LVDT(Linear Variation Differntial Transformer), 와전류 변위계, 콘덴서 변위계, 자기 격자 센서, 광학 변위 센서, 레이저 센서, LED 변위 센서, 초음파 변위 센서, 마이크로파 레이더, 플로그래피, 이미지 센서, 지각 변형계, 자기 저항 소자, 반도체 자기 저항 소자, 마그네트론, 열전자 빔관, 자기 다이오드, 광응용 센서 및 광파이버 변위 센서 등이 포함될 수 있다. Displacement sensor 510 may include any device that detects a displacement, for example, Inductosyn (Linear Variation Differntial Transformer), eddy current displacement meter, capacitor displacement meter, magnetic grating sensor, optical displacement sensor, Laser sensors, LED displacement sensors, ultrasonic displacement sensors, microwave radars, graphics, image sensors, perceptual strain gauges, magnetoresistive elements, semiconductor magnetoresistive elements, magnetrons, hot electron beam tubes, magnetic diodes, optical application sensors, and optical fiber displacement sensors May be included.

변위 센서(510)는 감지된 변위의 크기에 상응하여 전기 신호 또는 광 신호 등의 형태로 감지 신호를 출력하며 출력된 신호는 신호 변환부(502)에 입력된다. The displacement sensor 510 outputs a detection signal in the form of an electric signal or an optical signal in accordance with the magnitude of the detected displacement, and the output signal is input to the signal converter 502.

하중 센서(500)의 기계적인 구성에 대한 바람직한 실시예는 별도의 도면들을 통해 상세히 설명하기로 한다. A preferred embodiment of the mechanical configuration of the load sensor 500 will be described in detail through separate drawings.

신호 변환부(502)는 하중 센서(500)에서 출력되는 감지 신호를 이용하여 하중을 계산할 수 있도록 감지 신호를 변환하는 기능을 한다. 하중 센서(500)에서 출력되는 감지 신호는 일반적으로 아날로그 신호이며, 많은 노이즈를 포함할 수 있다. 신호 변환부(502)는 이러한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 노이즈 성분을 제거하는 기능을 한다. The signal converter 502 converts the detection signal to calculate the load using the detection signal output from the load sensor 500. The detection signal output from the load sensor 500 is generally an analog signal and may include a lot of noise. The signal converter 502 converts such an analog signal into a digital signal and removes noise components.

신호 변환부(502)의 회로 구성은 변위 센서로 어떠한 소자가 사용되었는가에 따라 다르게 구성될 수 있을 것이다. 신호 변환부의 구체적인 일 실시예는 별도의 도면을 통해 후에 상세히 설명하기로 한다. The circuit configuration of the signal converter 502 may be configured differently depending on which element is used as the displacement sensor. A specific embodiment of the signal converter will be described later in detail through separate drawings.

하중 계산부(504)는 신호 변환부(502)에서 출력되는 신호를 이용하여 대상물 의 하중을 계산한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하중 계산부(504)는 마이크로 프로세서에 의해 구현될 수 있을 것이다. 그러나, 마이크로 프로세서 이외에 다양한 프로세싱 수단을 통해 하중 계산부(504)가 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다. The load calculator 504 calculates the load of the object using the signal output from the signal converter 502. According to one embodiment of the invention, the load calculation unit 504 may be implemented by a microprocessor. However, it will be apparent to those skilled in the art that the load calculation unit 504 may be implemented through various processing means in addition to the microprocessor.

디스플레이부(506)는 하중 계산부(504)에서 계산된 하중을 표시해주는 기능을 하며, LCD, LED 등과 같은 다양한 디지털 표시 수단 및 아날로그 표시 수단으로 구현될 수 있을 것이다. The display unit 506 may display a load calculated by the load calculator 504 and may be implemented by various digital display means such as LCD, LED, and the like.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 변환부(502)에서 출력되는 신호를 마이크로 프로세서에 입력하여 미리 설정된 알고리즘에 따라 대상물의 하중을 계산할 수 있다. 높은 정밀도를 요하지 않는 경우 룩업(Look-Up) 테이블을 이용하여 대상물의 하중을 계산할 수도 있을 것이다. According to an embodiment of the present invention, the signal output from the signal converter 502 may be input to the microprocessor to calculate the load of the object according to a preset algorithm. If you do not require high precision, you can use a look-up table to calculate the load on the object.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하중 센서의 외관에 대한 사시도이다. 6 is a perspective view of an appearance of a load sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하중 센서는 원통형 구조일 수 있으며, 탄성체(60), 측벽(62) 및 하부면(72)을 포함할 수 있다. 상부면에 해당하는 탄성체(60)의 중앙 부분에는 돌출부(64)가 형성되어 있다. As shown in FIG. 6, the load sensor according to an embodiment of the present invention may have a cylindrical structure and may include an elastic body 60, a side wall 62, and a lower surface 72. A protrusion 64 is formed at the central portion of the elastic body 60 corresponding to the upper surface.

도 6에서 탄성체(60)는 하중을 측정하려는 대상물이 올려지는 부분으로, 탄성체는 알루미늄, 스틸, 스테인레스 등과 같은 탄성을 가진 금속 재질로 이루어질 수 있다. 탄성체에 대상물이 올려지면, 탄성체는 대상물에 하중에 따라 변형을 일으킨다. In FIG. 6, the elastic body 60 is a portion on which an object to measure a load is placed, and the elastic body may be made of a metal material having elasticity such as aluminum, steel, stainless steel, or the like. When the object is placed on the elastic body, the elastic body deforms according to the load on the object.

탄성체(60)의 중앙에 형성되어 있는 돌출부(64)는 탄성체의 중앙을 표시하기 위한 표시자로서의 역할을 한다. 대상물이 탄성체(60)의 중앙 부분에 올려질 경우에 탄성체(60)가 대상물의 하중에 정확히 비례하여 변형을 하게 되므로, 중앙을 정확히 식별할 수 있도록 돌출부를 형성한 것이다. The protrusion 64 formed at the center of the elastic body 60 serves as an indicator for displaying the center of the elastic body. When the object is placed on the central portion of the elastic body 60, since the elastic body 60 is deformed in proportion to the load of the object, the protrusion is formed so that the center can be accurately identified.

따라서, 돌출부(64)는 기계적인 동작에 영향을 미치지는 않으며, 돌출부(64)가 형성되지 않아도 무방하다. 또는 돌출부(64)를 대신하여 중앙 부분에 중앙임을 표시하는 식별자가 표시될 수도 있을 것이다. Therefore, the protrusion 64 does not affect the mechanical operation, and the protrusion 64 may not be formed. Alternatively, an identifier indicating the center may be displayed instead of the protrusion 64.

측벽(62)은 탄성체(60)를 지지한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 탄성체가 대상물의 하중에 따라 정밀하게 변형되도록, 측벽(62) 역시 탄성체와 동일한 재질로 이루어진다. 그러나, 하부면(72)은 탄성체와 동일한 재질로 이루어질 필요는 없으며, 플라스틱, 금속 등의 다양한 재질로 이루어질 수 있을 것이다. The side wall 62 supports the elastic body 60. According to a preferred embodiment of the present invention, the side wall 62 is also made of the same material as the elastic body so that the elastic body is precisely deformed according to the load of the object. However, the lower surface 72 need not be made of the same material as the elastic body, and may be made of various materials such as plastic and metal.

도 7은 도 6에 도시한 하중 센서의 A-A 방향에 대한 단면도이고, 도 8은 도 6의 A-A선과 직교하는 방향에 대한 단면도이다. FIG. 7 is a cross-sectional view of the load sensor shown in FIG. 6 in the A-A direction, and FIG. 8 is a cross-sectional view of a direction orthogonal to the line A-A in FIG. 6.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 하중 센서에서 사용되는 변위 센서로서 인덕토신이 사용되는 경우를 예로 하여 도시한 것이다. 그러나, 인덕토신 이외에도 상술한 다양한 변위 센서가 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다. 6 to 8 illustrate an example in which inductance is used as a displacement sensor used in the load sensor of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the various displacement sensors described above may be used in addition to inductocin.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 하중 센서의 내부에는 탄성체(60)가 변형을 일으킬 수 있도록 중공부(70)가 형성되어 있으며, 하부면(72)의 상부에는 제1 보드(66)가 결합되어 있으며, 탄성체(60)의 하부에는 제2 보드(68)가 결합되어 있다. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the hollow part 70 is formed in the load sensor so that the elastic body 60 may be deformed, and the first board 66 is formed on the upper surface of the lower surface 72. Is coupled, and the second board 68 is coupled to the lower portion of the elastic body 60.

제2 보드(68)는 탄성체에 결합되어 있으므로, 탄성체의 변형에 상응하여 위치가 이동되며, 제1 보드(66)는 고정되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 보드(66)와 제2 보드(68)는 상하로 겹치지 않도록 소정의 간격을 두고 배치된다. 도 8에는 탄성체(60)에 하중이 가해짐에 따라 탄성체에 결합된 제2 보드(68)가 아래 방향으로 이동하는 예가 도시되어 있다. Since the second board 68 is coupled to the elastic body, the position is moved corresponding to the deformation of the elastic body, and the first board 66 is fixed. As shown in FIG. 8, the first board 66 and the second board 68 are disposed at predetermined intervals so as not to overlap each other. 8 illustrates an example in which the second board 68 coupled to the elastic body moves downward as the load is applied to the elastic body 60.

탄성체에 결합되는 제2 보드(68)는 탄성체의 중앙에 결합되는 것이 바람직하다. 제2 보드(68)가 탄성체의 중앙에 결합되지 않을 경우, 제2 보드(68)는 세로 방향이 아닌 가로 방향으로도 변위를 일으킬 수 있게 되며, 이는 대상물의 하중이 모두 제2 보드(68)의 변위에 반영되지 않았다는 것을 의미하기 때문이다. 따라서, 대상물이 하중이 모두 제2 보드(68)의 세로 방향으로의 변위에 반영되도록, 제2 보드는 탄성체의 중앙에 결합시킨다. The second board 68 coupled to the elastic body is preferably coupled to the center of the elastic body. When the second board 68 is not coupled to the center of the elastic body, the second board 68 may cause displacement in the horizontal direction instead of the vertical direction, which means that the load of the object is all the second board 68. Because it means that it is not reflected in the displacement. Accordingly, the second board is coupled to the center of the elastic body so that the loads are all reflected in the longitudinal displacement of the second board 68.

제1 보드 및 제2 보드에는 전기적인 패턴이 형성되어 있으며, 도 9는 제1 보드 및 제2 보드에 형성되는 전기적인 패턴의 일례를 도시한 도면이다. Electrical patterns are formed on the first board and the second board, and FIG. 9 is a diagram illustrating an example of electrical patterns formed on the first board and the second board.

도 9를 참조하여 탄성체의 변위를 감지하는 상세한 방법을 설명하면 다음과 같다. Referring to Figure 9 describes a detailed method for detecting the displacement of the elastic body as follows.

도 9에서 식별부호 900은 제1 보드에 형성되는 패턴을 도시한 것이며, 식별부호 902는 제2 보드에 형성되는 패턴을 도시한 것이다. 그러나, 식별부호 900의 패턴이 제2 보드에 형성되고, 식별부호 902의 패턴이 제1 보드에 형성되어도 무방하다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다. In FIG. 9, the reference numeral 900 shows a pattern formed on the first board, and the identification code 902 shows a pattern formed on the second board. However, it will be apparent to those skilled in the art that the pattern of identification 900 may be formed on the second board, and the pattern of identification 902 may be formed on the first board.

또한 도 9에서 (a) 부분은 하중이 가해지기 전 상태를 도시한 것이며, (b) 부분은 하중이 가해진 후의 상태를 도시한 것이다. In addition, in FIG. 9, part (a) shows a state before a load is applied, and part (b) shows a state after a load is applied.

제1 보드에 형성되는 패턴(900)에는 교류 전원이 결합되어 있으며, 교류 전원을 통해 전류가 공급되고 화살표 방향으로 전류가 흘러간다. 제1 보드의 패턴에 전류가 흐르면 패턴 주위로 자기장이 형성된다. An AC power source is coupled to the pattern 900 formed on the first board, and current is supplied through the AC power source and current flows in the direction of the arrow. When a current flows through the pattern of the first board, a magnetic field is formed around the pattern.

탄성체에 하중이 가해지면, 제2 보드의 위치가 변하며, 이에 따라 도 9의 (b)와 같이 제1 보드의 패턴 및 제2 보드의 패턴 사이의 위치 관계가 변하게 된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 하중이 가해지기 전에는 제1 보드의 패턴과 제2 보드의 패턴이 동일한 위상을 가지고 배치되어 있으나, 하중이 가해질 경우 제2 보드가 밀려나면서 두 개의 보드의 패턴들의 위상이 달라지게 된다. 제1 보드와 제2 보드는 인접해있는 상태이므로, 제2 보드가 이동할 경우 제1 보드에서 형성된 자기장은 제2 보드의 패턴에 발생하는 유도 전류의 크기를 변화시킨다. 이때, 제2 보드에 발생하는 유도 전류의 크기는 제1 보드에 형성된 패턴과 제2 보드에 형성된 패턴의 위치 관계에 따라 달라진다. 본 발명은 제2 보드의 이동에 따라 제2 보드에서 발생하는 유도 전류의 크기를 감지하여 탄성체의 변위를 감지한다. When a load is applied to the elastic body, the position of the second board is changed, and accordingly, the positional relationship between the pattern of the first board and the pattern of the second board is changed as shown in FIG. As shown in FIG. 9, before the load is applied, the pattern of the first board and the pattern of the second board are arranged in the same phase, but when the load is applied, the second board is pushed out and the phase of the patterns of the two boards is pushed. Will be different. Since the first board and the second board are adjacent to each other, when the second board moves, the magnetic field formed in the first board changes the magnitude of the induced current generated in the pattern of the second board. In this case, the magnitude of the induced current generated in the second board depends on the positional relationship between the pattern formed on the first board and the pattern formed on the second board. The present invention detects the displacement of the elastic body by sensing the magnitude of the induced current generated in the second board as the second board moves.

즉, 본 발명에 따른 하중 센서는 제1 보드와 제2 보드가 접촉하지 않은 상태에서 변위를 감지하므로, 접촉으로 인한 왜곡을 방지할 수 있어 로드셀보다는 더욱 높은 정밀도를 가지고 하중을 측정할 수 있다. 예를 들어, 로드셀은 1/3000 정도의 정밀도를 가지는 반면 본 발명은 1/100,000 이상의 정밀도를 가질 수 있다. That is, the load sensor according to the present invention detects the displacement in a state where the first board and the second board are not in contact with each other, thereby preventing distortion due to contact, and thus measuring load with higher accuracy than that of the load cell. For example, a load cell may have a precision of about 1/3000 while the present invention may have a precision of 1 / 100,000 or more.

도 9를 참조하여 설명한 변위 감지 방법은 대표적인 변위 센서인 인덕토신에서 사용하는 변위 감지 방법이다. The displacement sensing method described with reference to FIG. 9 is a displacement sensing method used by Inductor, which is a representative displacement sensor.

인덕토신에서 사용되는 전기적인 패턴을 가진 제1 보드 및 제2 보드는 일반적으로 스퍼터링 공법(박막 증착 공법)에 의해 제작된다. 스퍼터링 공법(박막 증착 공법)에 의해 제1 보드 및 제2 보드를 제작할 경우, 세밀한 패턴을 가진 보드를 제작할 수 있다. The first board and the second board having an electrical pattern used in inductor are generally manufactured by a sputtering method (thin film deposition method). When producing the first board and the second board by the sputtering method (thin film deposition method), it is possible to produce a board having a fine pattern.

그러나, 본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 따르면, 제1 보드 및 제2 보드는 PCB 공법에 의해 제작될 수도 있다. PCB 공법에 의해 보드를 제작할 경우, 스퍼터링 공법에 비해 세밀한 패턴을 형성하지 못하나, 상대적으로 낮은 정밀도의 하중 측정용으로 이용될 변위 센서는 대단히 높은 정밀도를 요구하는 것이 아니며, PCB 공법에 의해 보드를 제작할 경우 제작 비용 및 시간을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. However, according to a more preferred embodiment of the present invention, the first board and the second board may be manufactured by the PCB method. When the board is manufactured by the PCB method, it does not form a finer pattern than the sputtering method, but the displacement sensor to be used for relatively low precision load measurement does not require very high precision, and the board is manufactured by the PCB method. In this case, the manufacturing cost and time can be greatly reduced.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 보드 및 제2 보드에 형성되는 전기적인 패턴의 또 다른 일례를 도시한 도면이다. FIG. 10 is a diagram illustrating another example of an electrical pattern formed on the first board and the second board according to another embodiment of the present invention.

도 9는 정전 용량식 인덕토신의 패턴에 대한 것이며, 도 10은 전자기 유도식 인덕토신의 패턴을 도시한 것이다. FIG. 9 shows a pattern of capacitive inductance, and FIG. 10 shows a pattern of electromagnetic induction.

도 10에서 식별부호 1000은 제1 보드에 형성되는 전기적인 패턴을 도시한 것이며, 식별부호 1002는 제2 보드에 형성되는 전기적인 패턴을 도시한 것이다. 도 9의 경우와 마찬가지로 식별부호 1000의 패턴이 제2 보드에 형성되고 식별부호 1002의 패턴이 제1 보드에 형성되어도 무방하다. In FIG. 10, the identification symbol 1000 illustrates an electrical pattern formed on the first board, and the identification symbol 1002 illustrates an electrical pattern formed on the second board. As in the case of FIG. 9, the pattern of identification code 1000 may be formed on the second board, and the pattern of identification code 1002 may be formed on the first board.

도 10에서, 제1 보드에 형성되는 전기적인 패턴은 도 9의 경우와 동일하나, 제2 보드에 형성되는 패턴이 다르다. 제2 보드에 형성되는 패턴은 도 9와 달리 90 도의 위상차를 두고 단절되어 있다. 정전 용량식과는 달리 각 패턴들의 전류들이 합쳐지면 제2 보드의 이동에 따른 유도 전류의 크기에는 변화가 발생하지 않고, 유도 전류의 위상만이 바뀌게 되며, 따라서, 유도 전류의 위상 변화를 통해 탄성체의 변위를 감지한다. In FIG. 10, the electrical pattern formed on the first board is the same as that of FIG. 9, but the pattern formed on the second board is different. Unlike in FIG. 9, the pattern formed on the second board is disconnected with a phase difference of 90 degrees. Unlike the capacitance type, when the currents of the patterns are combined, the magnitude of the induced current according to the movement of the second board does not change, and only the phase of the induced current is changed. Detect displacement

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하중 센서의 단면도를 도시한 것이다. 11 is a cross-sectional view of a load sensor according to another embodiment of the present invention.

도 11에 도시된 바와 같이, 패턴이 도 7과 반대 방향으로 형성되어 있다는 것을 제외하고는 도 11의 단면도는 도 7과 동일하다. As shown in FIG. 11, the cross-sectional view of FIG. 11 is the same as that of FIG. 7 except that the pattern is formed in a direction opposite to that of FIG. 7.

도 7 내지 도 10에 도시한 실시예에서는 하중이 가해짐에 따라 패턴이 가로 방향으로 이동한 거리(두 개의 패턴 사이의 위상차)에 의해 발생하는 유도 전류의 크기 변화 또는 위상 변화를 통해 변위를 감지하였다. In the embodiments shown in FIGS. 7 to 10, the displacement is detected by the magnitude change or phase change of the induced current caused by the distance (the phase difference between the two patterns) in which the pattern moves in the horizontal direction as the load is applied. It was.

그러나, 도 11에 도시한 실시예에서는 패턴이 세로 방향으로 이동한 거리(두 개의 패턴이 겹치는 정도)에 의해 발생되는 유도 전류의 차이를 통해 변위를 감지하도록 한다. However, in the embodiment shown in FIG. 11, the displacement is sensed through the difference of the induced current generated by the distance in which the pattern is moved in the vertical direction (the degree of overlap of the two patterns).

도 12는 도 11의 실시예에 따른 제1 보드 및 제2 보드에 형성되는 패턴을 도시한 도면이다. FIG. 12 illustrates patterns formed on the first board and the second board according to the embodiment of FIG. 11.

도 12에서 식별부호 1200은 제2 보드에 형성되는 패턴이며, 식별부호 1202는 제1 보드에 형성되는 패턴이다. 마찬가지로, 순서를 바꾸어 패턴이 형성되어도 무방하다. In FIG. 12, the identification code 1200 is a pattern formed on the second board, and the identification code 1202 is a pattern formed on the first board. Similarly, patterns may be formed in reverse order.

도 12에 도시된 바와 같이, 패턴이 반대 방향으로 형성되어 있으므로, 하중 이 가해짐에 따라 패턴은 가로 방향이 아닌 세로 방향으로 움직인다. 패턴이 가로 방향으로 이동하지 않고 도 12와 같이 세로 방향으로 움직여도 제2 보드의 패턴에 발생하는 유도 전류의 양이 달라지게 된다. As shown in Figure 12, since the pattern is formed in the opposite direction, as the load is applied, the pattern moves in the vertical direction rather than the horizontal direction. Even if the pattern is moved in the vertical direction as shown in FIG. 12 without moving in the horizontal direction, the amount of induced current generated in the pattern of the second board is changed.

패턴이 더 많이 겹쳐지면 겹쳐질수록 유도 전류의 양은 증가할 것이며, 유도 전류의 양이 증가할수록 더 많은 하중이 가해졌다는 것을 알 수 있게 된다. As the pattern overlaps more, the amount of induced current will increase, and as the amount of induced current increases, more load is applied.

도 11 및 도 12의 실시예와 같이 패턴을 반대로 형성할 경우, 패턴의 전체적인 저항이 맞도록 상대적으로 패턴을 더 세밀하게 형성할 수 있으며, 이에 따라 하중 센서를 도 9 및 도 10의 경우보다 더 소형으로 제작할 수 있는 장점이 있다. 특히, 도 11 및 도 12와 같이 반대로 형성할 경우, 세로 방향의 길이를 소형화하는데 유리하다. 도 11 및 도12와 같이 패턴을 반대로 형성하는 경우는 정전 용량식 인턱토신에만 적용되며, 위상차의 변화를 감지하는 전자기 유도식 인덕토신에는 적용되지 않는다.When the patterns are reversed as in the embodiments of FIGS. 11 and 12, the patterns may be formed more precisely so that the overall resistance of the patterns may be matched. Accordingly, the load sensor may be more than the cases of FIGS. 9 and 10. There is an advantage that can be made small. In particular, when the reverse formation as shown in Figs. 11 and 12, it is advantageous to miniaturize the length in the longitudinal direction. 11 and 12, the reverse pattern is applied only to the capacitive inductance, and does not apply to the electromagnetic induction to detect a change in phase difference.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도이고, 도 14는 도 13의 하중 센서의 B-B 방향에 대한 단면도, 도 15는 도 13의 B-B 방향과 직교하는 방향에 대한 단면도이다. FIG. 13 is a perspective view illustrating an external appearance of a load sensor according to another exemplary embodiment of the present disclosure, FIG. 14 is a cross-sectional view of the BB direction of the load sensor of FIG. 13, and FIG. 15 is a direction perpendicular to the BB direction of FIG. 13. It is a cross section.

도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 탄성체(60)의 상부면에 원형의 제1 변형홈(63)이 형성되어 있으며, 탄성체의 하부면에는 동심원 형태의 제2 변형홈(65)이 형성되어 있다. 도 13 내지 도 15에서, 제2 변형홈(65)의 원주가 제1 변형홈(63)의 원주보다 더 크다. As shown in FIGS. 13 to 15, a circular first deformation groove 63 is formed on an upper surface of the elastic body 60, and a second deformation groove 65 having a concentric shape is formed on a lower surface of the elastic body. It is. 13 to 15, the circumference of the second deformed groove 65 is larger than the circumference of the first deformed groove 63.

도 13내지 도 15의 실시예에서 탄성체의 상하부에 형성되는 제1 변형홈(63) 및 제2 변형홈(65)은 하중에 따른 탄성체의 변형을 더욱 민감하게 만드는 작용을 한다. 따라서, 도 13 내지 도 15와 같이 변형홈을 형성시킬 경우, 더욱 높은 정밀도를 가지고 하중을 측정할 수 있는 장점이 있다. 13 to 15, the first deformation grooves 63 and the second deformation grooves 65 formed at upper and lower portions of the elastic body serve to make the deformation of the elastic body more sensitive to load. Therefore, when the deformation groove is formed as shown in FIGS. 13 to 15, there is an advantage that the load can be measured with higher precision.

하중이 가해짐에 따라 제2 보드(68)의 위치가 변화하면서 발생하는 유도 전류의 크기를 통해 하중을 측정하는 원리는 동일하다. 아울러, 도 14에는 패턴이 도 9와 같은 방식으로 형성되는 경우가 도시되어 있으나, 도 12와 같이 패턴이 형성될 수도 있다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다. The principle of measuring the load through the magnitude of the induced current generated as the position of the second board 68 changes as the load is applied is the same. In addition, FIG. 14 illustrates a case in which the pattern is formed in the same manner as in FIG. 9, but it will be apparent to those skilled in the art that the pattern may be formed as shown in FIG. 12.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도이고, 도 17은 도 16의 하중 센서의 C-C 방향에 대한 단면도, 도 18은 도 16의 C-C 방향과 직교하는 방향에 대한 단면도이다. FIG. 16 is a perspective view illustrating an external appearance of a load sensor according to another exemplary embodiment of the present disclosure, FIG. 17 is a cross-sectional view of the load sensor of FIG. 16 in a CC direction, and FIG. 18 is a direction perpendicular to the CC direction of FIG. 16. This is a cross section.

도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서는 탄성체(60)의 상부면에 제1 변형홈(63)이 형성되며, 탄성체(60)의 하부면에 제2 변형홈(65)이 형성된다. 도 15 내지 도 17의 실시예와는 반대로, 도 16내지 도 18의 실시예에서는 제1 변형홈(63)의 원주가 제2 변형홈(65)의 원주보다 크다. 변형홈의 원주의 크기와는 상관없이, 탄성체의 상하부에 변형홈을 형성할 경우, 하중에 따른 탄성체의 변형이 더 민감해지며 보다 세밀하게 하중을 측정할 수 있다. 변형홈을 제외하고 다른 동작적인 부분은 상술한 실시예들과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. As shown in Figure 16 to 18, the load sensor according to another embodiment of the present invention, the first deformation groove 63 is formed on the upper surface of the elastic body 60, the lower surface of the elastic body 60 The second deformed groove 65 is formed. In contrast to the embodiment of FIGS. 15 to 17, in the embodiment of FIGS. 16 to 18, the circumference of the first deformed groove 63 is larger than the circumference of the second deformed groove 65. Irrespective of the size of the circumference of the deformation groove, when the deformation groove is formed in the upper and lower portions of the elastic body, the deformation of the elastic body according to the load is more sensitive and the load can be measured more precisely. Except for the modified groove, other operational parts are the same as the above-described embodiments, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도이고, 도 20은 도 19의 하중 센서의 D-D 방향에 대한 단면도, 도 21은 도 19의 D-D방향과 직교하는 방향에 대한 단면도이다. 19 is a perspective view illustrating an appearance of a load sensor according to another exemplary embodiment of the present invention, FIG. 20 is a cross-sectional view of the load sensor of FIG. 19 in a DD direction, and FIG. 21 is a direction perpendicular to the DD direction of FIG. 19. This is a cross section.

도 19에 도시된 바와 같이, 탄성체(60)의 양옆으로 반달 모양의 홀(80)이 형성되어 있다. 도 19에는 반달 모양의 홀(80)이 형성되어 있으나, 홀의 형태가 다양하게 변형될 수 있다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다. As shown in FIG. 19, half-moon-shaped holes 80 are formed at both sides of the elastic body 60. Although a half moon-shaped hole 80 is formed in FIG. 19, it will be apparent to those skilled in the art that the shape of the hole may be variously modified.

변형홈과 마찬가지로 홀(80)은 하중에 따라 탄성체가 더욱 민감하게 반응하도록 하는 기능을 한다. 홀(80)이 형성되었다는 점을 제외하고 다른 부분은 상술한 실시예들과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Like the deformation groove, the hole 80 functions to make the elastic body react more sensitively according to the load. Except for the fact that the hole 80 is formed, other parts are the same as the above-described embodiments, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도이고, 도 23은 도 22의 하중 센서의 E-E 방향에 대한 단면도, 도 24는 도 22의 E-E방향과 직교하는 방향에 대한 단면도이다. 22 is a perspective view illustrating an appearance of a load sensor according to another embodiment of the present invention, FIG. 23 is a cross-sectional view of the load sensor of FIG. 22 in the EE direction, and FIG. 24 is a direction perpendicular to the EE direction of FIG. 22. This is a cross section.

도 22에 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 탄성체에 홀(80)이 형성됨과 동시에 탄성체의 상부면에는 제1 변형홈(63)이 형성되어 있으며, 탄성체의 하부면에는 제2 변형홈(65)이 형성되어 있다. 22 to 24, the hole 80 is formed in the elastic body, and at the same time, the first deformation groove 63 is formed on the upper surface of the elastic body, and the second deformation groove 65 is formed on the lower surface of the elastic body. ) Is formed.

도 22 내지 도 24에 도시된 실시예는 탄성체에 홀과 변형홈을 함께 형성시킴으로써, 하중에 따른 탄성체의 변형이 더욱 정밀하게 이루어질 수 있도록 한 것이다. 도 22 내지 도 24에서, 제1 변형홈(63)의 원주보다 제2 변형홈(64)의 원주가 더 크게 형성되어 있으며, 제1 변형홈(63)의 원주가 더 크게 형성된 실시예는 도 25 내지 도 27에 도시되어 있다. 22 to 24 is to form a hole and a deformation groove together in the elastic body, so that the deformation of the elastic body according to the load can be made more precise. 22 to 24, the circumference of the second deformed groove 64 is larger than the circumference of the first deformed groove 63, and the embodiment in which the circumference of the first deformed groove 63 is larger is illustrated in FIG. 25 to 27 are shown.

도 22 내지 도 27에 도시된 실시예는 변형홈과 홀이 함께 형성되어 있다는 점을 제외하고 다른 부분은 상술한 실시예들과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명 은 생략하기로 한다. 22 to 27 are the same as the above-described embodiments except that the modified groove and the hole are formed together, so a detailed description thereof will be omitted.

도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도이고, 도 29는 도 28의 하중 센서의 G-G 방향에 대한 단면도, 도 30은 도 28의 G-G방향과 직교하는 방향에 대한 단면도이다. FIG. 28 is a perspective view illustrating an appearance of a load sensor according to another exemplary embodiment of the present invention, FIG. 29 is a cross-sectional view of a load sensor of FIG. 28, in a direction perpendicular to the GG direction of FIG. 28, and FIG. This is a cross section.

도 28 내지 도 30에 도시된 실시예는 하중 센서가 사각 기둥의 형태로 제작되었다는 점을 제외하면, 도 6 내지 도 8에 도시된 실시예와 동일하다. 본 발명에 따른 하중 센서는 원기둥 및 사각기둥 이외에도 다양한 형태로 제작될 수 있으며, 이러한 형태의 변경이 본 발명의 사상 및 범주에 영향을 미치지 않는다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다. 28 to 30 are the same as the embodiment shown in FIGS. 6 to 8 except that the load sensor is manufactured in the form of a square pillar. The load sensor according to the present invention can be manufactured in various forms in addition to the cylinder and the square cylinder, it will be apparent to those skilled in the art that such a change does not affect the spirit and scope of the present invention.

도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하중 센서의 외관을 도시한 사시도이고, 도 32는 도 31의 하중 센서의 H-H 방향에 대한 단면도, 도 33은 도 31의 H-H방향과 직교하는 방향에 대한 단면도이다. FIG. 31 is a perspective view illustrating an external appearance of a load sensor according to another exemplary embodiment of the present disclosure, FIG. 32 is a cross-sectional view of the load sensor of FIG. 31 in the HH direction, and FIG. 33 is a direction perpendicular to the HH direction in FIG. 31. This is a cross section.

도 31 내지 도 33에 도시된 바와 같이, 하중 센서는 사각 기둥의 형태이며, 탄성체(60)의 상부면에는 제1 변형홈(63)이 형성되어 있으며, 탄성체(60)의 하부면에는 제2 변형홈(65)이 형성되어 있다. 상술한 실시예들과 마찬가지로, 변형홈들(63, 65)들은 탄성체가 하중에 더욱 민감하게 반응하도록 한다. 도 31 내지 도 33에는 제1 변형홈이 중앙에서 더 안쪽으로 형성되어 있으며, 제1 변형홈이 중앙에서 더 바깥쪽으로 형성된 실시예는 도 34 내지 도 36에 도시되어 있다. 31 to 33, the load sensor is in the form of a square pillar, the first deformation groove 63 is formed on the upper surface of the elastic body 60, the second surface on the lower surface of the elastic body 60 Deformation grooves 65 are formed. Like the above-described embodiments, the deformation grooves 63 and 65 make the elastic body more sensitive to load. 31 to 33, the first deformation groove is formed inward from the center, and the embodiment in which the first deformation groove is formed outward from the center is illustrated in FIGS. 34 to 36.

도 37은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 변환부 및 하중 계산부의 구성을 도시한 블록도이다. 37 is a block diagram showing a configuration of a signal converter and a load calculator according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 37에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 변환부 및 하중 계산부는 증폭기(370), AC/DC 신호 컨버터(372), 액티브 필터(374), A/D 컨버터(376) 및 마이크로 프로세서(378)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 37, the signal converter and the load calculator according to an exemplary embodiment of the present invention may include an amplifier 370, an AC / DC signal converter 372, an active filter 374, and an A / D converter 376. And a microprocessor 378.

증폭기(370)는 하중 센서에서 출력되는 감지 신호를 증폭한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 증폭기(370)는 감지 신호에 대해 차동 증폭을 수행하는 OP 앰프인 것이 바람직하다. The amplifier 370 amplifies the sensing signal output from the load sensor. According to a preferred embodiment of the present invention, the amplifier 370 is preferably an OP amplifier that performs differential amplification on the sense signal.

보드의 패턴에 인가되는 전류가 교류 신호이므로, 하중 센서에서 출력되는 감지 신호 역시 교류 신호이다. AC/DC 신호 컨버터(372)는 교류인 감지 신호를 직류로 변환하는 정류 회로로서의 기능을 한다. AC/DC 신호 컨버터(372)는 다이오드로 구현될 수 있으며, 다이오드와 같은 소자가 집적된 집적회로로 구현될 수도 있을 것이다. Since the current applied to the pattern of the board is an AC signal, the sensing signal output from the load sensor is also an AC signal. The AC / DC signal converter 372 functions as a rectifier circuit that converts a sense signal that is AC into DC. The AC / DC signal converter 372 may be implemented as a diode, or may be implemented as an integrated circuit in which a device such as a diode is integrated.

직류로 변환된 감지 신호는 액티브 필터(374)로 입력되며, 액티브 필터(374)는 서지 신호등을 차단하여 최대한 유효한 신호를 얻을 수 있도록 한다. 액티브 필터(374)에서 출력되는 신호는 A/D 컨버터(376)로 입력되어 디지털 신호로 변환된다. The detection signal converted into direct current is input to the active filter 374, and the active filter 374 blocks the surge signal to obtain the most effective signal. The signal output from the active filter 374 is input to the A / D converter 376 is converted into a digital signal.

변환된 디지털 신호는 마이크로 프로세서(378)로 입력되며, 마이크로 프로세서(378)는 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 입력된 신호의 크기에 상응하는 대상물의 하중을 계산한다. The converted digital signal is input to the microprocessor 378, and the microprocessor 378 calculates a load of an object corresponding to the magnitude of the input signal using a preset algorithm.

도 38은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하중 측정 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다. 38 is a flow chart showing the overall flow of the load measuring method according to an embodiment of the present invention.

도 38에 도시된 바와 같이, 탄성체에 대상물이 올려놓아지면, 탄성체에 하중이 인가된다(S380). As shown in FIG. 38, when an object is placed on the elastic body, a load is applied to the elastic body (S380).

탄성체에 하중이 인가되면, 하중이 가해지는 방향에 따라 탄성체는 변형을 일으킨다(S382). When a load is applied to the elastic body, the elastic body causes deformation in the direction in which the load is applied (S382).

탄성체가 변형됨에 따라 탄성체의 중앙 하부면에 결합된 제2 보드 역시 하중이 가해지는 방향으로 위치가 변하게 된다(S384). As the elastic body is deformed, the position of the second board coupled to the center lower surface of the elastic body is also changed in the direction in which the load is applied (S384).

제2 보드의 위치가 변함에 따라 보드에 형성된 패턴에는 유도 전류가 변화한다(S386). 도 9 및 도 10과 같이, 제1 보드 및 제2 보드의 패턴이 가로 방향으로 어긋나면서 유도 전류가 변화할 수도 있으며, 도 12와 같이 제1 보드 및 제2 보드의 패턴이 세로 방향으로 겹치면서 유도 전류가 변화할 수도 있을 것이다. As the position of the second board changes, the induced current changes in the pattern formed on the board (S386). 9 and 10, the induced current may change as the patterns of the first board and the second board are shifted in the horizontal direction, and as the patterns of the first board and the second board overlap in the vertical direction as shown in FIG. 12, the induced The current may change.

발생된 유도 전류는 증폭기로 입력되며, 증폭기는 입력된 전류에 대한 차동 증폭을 수행한다(S388). 증폭된 유도 전류는 AC/DC 신호 컨버터에 의해 직류 신호로 변환된다(S390). The generated induced current is input to the amplifier, and the amplifier performs differential amplification on the input current (S388). The amplified induced current is converted into a DC signal by the AC / DC signal converter (S390).

신호가 정류된 후, 액티브 필터는 신호의 서지 성분 등을 제거하여 유효한 성분만을 확보할 수 있도록 한다(S392). 액티브 필터에서 출력되는 신호는 A/D 컨버터에 의해 디지털 신호로 변환된다(S394). After the signal is rectified, the active filter removes surge components and the like of the signal to ensure only effective components (S392). The signal output from the active filter is converted into a digital signal by the A / D converter (S394).

마이크로 프로세서 등을 이용하여 구현되는 하중 계산부는 변환된 디지털 신호를 이용하여 대상물의 하중을 계산한다(S396). 전술한 바와 같이, 미리 설정된 계산 알고리즘을 이용하거나 룩업 테이블 등을 이용하여 하중을 계산할 수 있을 것이다. 계산된 하중은 디스플레이 장치를 통해 사용자에게 디스플레이된다(S398). The load calculation unit implemented using a microprocessor or the like calculates the load of the object using the converted digital signal (S396). As described above, the load may be calculated by using a predetermined calculation algorithm or by using a lookup table. The calculated load is displayed to the user through the display device (S398).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 하중 측정 장치 및 방법은 생산 원가를 절감하며서도 마그네틱 하중 센서와 같이 높은 정밀도를 가지는 장점이 있다. As described above, the load measuring apparatus and method according to the present invention has the advantage of having a high precision as a magnetic load sensor while reducing the production cost.

또한, 본 발명에 따른 하중 측정 장치 및 방법에 따르면, 하중에 제한을 받지 않고 저하중에서부터 고하중까지 모두 적용 가능하며, 비교적 단순한 메카니즘으로 구현될 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the load measuring apparatus and method according to the present invention, without being limited to the load can be applied from the low load to high load, there is an advantage that can be implemented by a relatively simple mechanism.

아울러, 본 발명은 인덕토신의 보드를 PCB 공법으로 구현함으로써 생산 원가를 더욱 절감하고, 패턴의 방향을 종래의 인덕토신과는 반대로 구현함으로써 보다 소형화된 하중 센서를 구현할 수 있는 장점이 있다.

In addition, the present invention has the advantage that by implementing the board of the inductor god by the PCB method to further reduce the production cost, and by implementing the direction of the pattern as opposed to the conventional inductance to implement a more compact load sensor.

Claims (20)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 대상물의 하중에 따라 변형되는 로드셀 탄성체;A load cell elastic body deformed according to the load of the object; 상기 변형되는 로드셀 탄성체의 변위를 감지하는 변위 센서; 및A displacement sensor for detecting a displacement of the deformed load cell elastic body; And 상기 변위 센서에서 출력되는 신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부; 및A signal converter for amplifying the signal output from the displacement sensor and converting the signal into a digital signal; And 상기 신호 변환부에서 출력되는 신호를 이용하여 대상물의 하중을 계산하는 하중 계산부를 포함하되,It includes a load calculation unit for calculating the load of the object using the signal output from the signal conversion unit, 상기 변위 센서는, The displacement sensor, 고정되어 있으며 전기적인 패턴이 형성되어 있는 제1 보드; A first board fixed and having an electrical pattern formed thereon; 상기 로드셀 탄성체의 하부에 결합되어 있으며, 전기적인 패턴이 형성되어 있는 제2 보드를 포함하고,A second board coupled to a lower portion of the load cell elastic body and having an electrical pattern formed thereon; 상기 탄성체의 변위에 상응하여 상기 제2 보드가 이동하며, 상기 제2 보드의 이동에 따라 상기 제1 보드 또는 상기 제2 보드 중 어느 하나에 유도 전류의 변화가 발생하며, The second board moves in correspondence with the displacement of the elastic body, and a change in induced current occurs in any one of the first board or the second board according to the movement of the second board. 원통 형태 또는 육면체의 형태이며, 상기 탄성체가 변형할 수 있도록 내부에 중공부가 형성되고, 상기 탄성체가 가해지는 하중에 민감하게 반응할 수 있도록, 상기 탄성체에는 적어도 하나의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 하중 측정 장치. A cylindrical shape or a hexahedron shape, a hollow portion is formed therein so that the elastic body can deform, and at least one hole is formed in the elastic body so as to react sensitively to the load applied to the elastic body. Load measuring device. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete

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